中国矿业大学嵌入式课件2学习资料.ppt

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1、中国矿业大学嵌入式课件中国矿业大学嵌入式课件2 2 1 1 嵌入式系统设计的特点嵌入式系统设计的特点 n嵌入式系统通常是面向特定应用的系统；n嵌入式系统的硬件和软件都必须高效地设计，量体裁衣、去除冗余；n嵌入式系统设计需要交叉开发环境；n嵌入式系统的程序需要固化；n嵌入式系统的软件开发难度较大；n嵌入式系统还需要提供强大的硬件开发工具和软件包的支持，需要设计者从速度、功能和成本综合考虑。“宿主机宿主机/目标机目标机”方式方式n嵌入式系统的开发通常采用“宿主机宿主机/目标机目标机”方式。n宿主机（Host）是一台通用的计算机，一般是PC机。它通过串口或网络连接与目标机进行通信。n目标机（Targ

2、et）常用在嵌入式系统的开发过程期间。目标机可以是嵌入式系统的实际运行环境，也可以是能替代实际环境的仿真系统。“宿主机宿主机/目标机目标机”方式方式首先，利用宿主机上丰富的设备资源以及良好的开发环境来开发和仿真调试目标机上的软件。通过UART接口或Ethernet接口将交叉编译生成的目标代码传输并下载到目标机上，并用交叉调试器在实时内核/操作系统或监控程序的支持下进行实时分析和调试。最后，目标机在特定的环境下运行。2 嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程 2.1 2.1 需求分析阶段需求分析阶段 n嵌入式系统的特点决定了系统在开发设计初期的需求分析过程中就要搞清需要完成的任务，确定设计任务

3、和设计目标。功能性需求：是系统的基本功能，如输入输出信号、操作方式等；非功能性需求：包括系统性能、成本、功耗、体积、重量等因素。n使用需求表格将系统的功能性需求和非功能性需求综合起来。2.2 规格说明阶段规格说明阶段n对需求进行提炼，得到系统的规格说明，这些规格说明里包含了进行系统体系结构设计所需要的足够信息。n规格说明作为分析结果，它是系统开发、验收和管理的依据。规格说明不能有任何歧义，应该让系统的设计者明确地知道他们需要构造的是怎样的一个系统。n规格说明必须认真仔细地编写，以便能够精确详尽地反映客户对系统各方面的需求，并且作为设计时必须明确遵循的要求和准则。2.3 体系结构设计体系结构设计

4、n体系结构是系统整体结构的一个规划和描述，设计完成之后用于构建整个体系结构的构件。n体系结构描述了系统如何实现所述的功能和非功能的需求，包括对硬件、软件和执行装置的功能划分以及系统的软件、硬件选型等。n一个好的体系结构是设计成功与否的关键。2.3 体系结构设计体系结构设计n包括：n硬件平台的选择：处理器、硬件部件n软件平台的选择：操作系统、编程语言、软件开发工具、硬件调试工具、软件组件等。n处理器是最重要的，同时操作系统和编程语言也是非常关键的。处理器的选择往往同时会限制操作系统的选择，操作系统的选择又会限制开发工具的选择。2.3.1 2.3.1 硬件平台的选择硬件平台的选择n处理器选择要考虑

5、的主要因素有：处理器的性能 处理器的技术指标 功耗 软件支持工具 处理器是否内置调试工具 供应商是否提供评估板其它因素：生产规模、开发市场的目标、软件对硬件的依赖性。2.3.2 2.3.2 软件平台的选择软件平台的选择n操作系统的选择n编程语言的选择n集成开发环境的选择n硬件调试工具的选择(1)操作系统的选择 操作系统本身所提供的开发工具。操作系统向硬件接口移植的难度。操作系统的内存要求。开发人员是否熟悉此操作系统及其提供的系统API。操作系统是否提供硬件的驱动程序，如网卡驱动程序等。操作系统的是否具有可剪裁性。操作系统的实时性能。(2)编程语言的选择 通用性。可移植性程度。执行效率。可维护性

6、。(3)集成开发环境IDEn考虑的因素:系统调试器的功能。支持库函数。与选择硬件和操作系统的原则一样：除非必要，尽量采用标准的 glibc。编译器开发商是否持续升级编译器。连接程序是否支持所有的文件格式和符号格式。(4)硬件调试工具n常用的硬件调试工具有以下几种：实 时 在 线 仿 真 器(ICE，In-Circuit Emulator)。驻留监控软件。ROM仿真器。JTAG仿真器。是目前使用最广泛的调试手段。嵌入式系统的开发嵌入式系统的开发设计与调试设计与调试 设计生产编译器链接器调试器IDE操作系统软件开发与测试评估板仿真器逻辑分析仪边界扫描测试仪示波器嵌入式系统的调试（嵌入式系统的调试（

7、1 1）n嵌入式系统的调试有四种基本方法n模拟调试（Simulator）n软件调试（Debugger）nBDM/JTAG调试（BDM/JTAG Debugger）n全仿真调试（Emulator）嵌入式系统的调试（嵌入式系统的调试（2 2）n模拟调试（Simulator）调试工具和待调试的嵌入式软件都在主机上运行，由主机提供一个模拟的目标运行环境，可以进行语法和逻辑上的调试。n优点：简单方便，不需要目标板，成本低n缺点：功能非常有限，无法实时调试大多数调试工具都提供Simulator功能嵌入式系统的调试（3）n软件调试（Debugger）主机和目标板通过某种接口（通常是串口）连接，主机上提供调试

8、界面，待调试软件下载到目标板上运行。这种方式的先决条件是要在Host和Target之间建立起通信联系（目标板上称为监控程序Monitor）n优点：纯软件，价格较低，简单，软件调试能力较强n缺点：需要事先烧制Monitor（往往需多次试验才能成功）且目标板工作正常，功能有限，特别是硬件调试能力较差。PCTargetMonitor串口嵌入式系统的调试（嵌入式系统的调试（4 4）nBDM/JTAG调试 这种方式有一个硬件调试体。该硬件调试体与目标板通过BDM/JTAG等调试接口相连，与主机通过串口、并口、网口或USB口相连。待调试软件通过BDM/JTAG调试器下载到目标板上运行。n优点：方便、简单，

9、无须制作Monitor，软硬件均可调试n缺点：需要目标板，且目标板工作基本正常（至少MCU工作正常），仅适用于有调试接口的芯片 TargetPC接口BDM/JTAG DebuggerBDM调试器与主机和目标开发板之间的连接 嵌入式系统的调试（嵌入式系统的调试（5 5）n全仿真调试（Emulator）这种方式用仿真器完全取代目标板上的MCU，因而目标系统对开发者来说完全是透明的、可控的。仿真器与目标板通过仿真头连接，与主机有串口、并口、网口或USB口等连接方式。由于仿真器自成体系，调试时既可以连接目标板，也可以不连接目标板（Stand alone）。n优点：功能非常强大，软硬件均可做到完全实时在

10、线调试n缺点：价格昂贵。2.3.3 2.3.3 软件组件的选择软件组件的选择n授权软件组件的费用一般都很高，但大都经过严格的测试，可靠性高，调试时间短。反之免费组件。n现在也有一些免费的自由软件组件，它们的性能、可靠性也很好。因此开发人员在选择的时候要加以权衡，确定哪种方案更好。实例：设计便携式网络电视实例：设计便携式网络电视便携式网络电视的主体框架 便携式网络电视的硬件结构 实例：设计便携式网络电视实例：设计便携式网络电视 便携式网络电视的软件工作原理图 4 设计硬件构件和软件构件设计硬件构件和软件构件 n构件的设计应与体系结构和规格说明保持一致。n通常为了缩短产品的开发周期，往往硬件和软件

11、的设计是并行的。n总的来说，嵌入式系统设计的工作大部分集中在软件设计上，采用面向对象的技术、软件组件技术、模块化设计是现代软件工程当中经常采用的方法。5 系统集成和测试系统集成和测试n在系统的硬件构件和软件构件建立起来后，将硬件构件、软件构件和执行装置集成在一起才能得到一个可以运行的系统。n分阶段架构整个系统并且正确运行事先选择好的测试程序。n嵌入式系统集成过程中使用的调试工具很有限，常用的调试工具在前面已经介绍过。5 系统集成和测试系统集成和测试n嵌入式系统的软件测试与通用软件的测试相似，分为单元测试和系统的集成测试。n常用有黑盒测试和白盒测试两种测试方法。n黑盒测试功能测试n白盒测试结构测试结束结束